土壤膠體與吸附性

1、第二章第二章 土壤的基本組成和性質(zhì)土壤的基本組成和性質(zhì)第五節(jié)第五節(jié) 土壤膠體與吸附性土壤膠體與吸附性 一、土壤膠體及性質(zhì)一、土壤膠體及性質(zhì) 二、土壤的交換吸附性能二、土壤的交換吸附性能 了解土壤膠體的表面類型、構造、種類、性質(zhì)，掌握土壤膠體對陽離子、陰離子的吸附作用及影響因素。【教學目標】 一、土壤膠體一、土壤膠體膠體是一種分散系統(tǒng)膠體是一種分散系統(tǒng)分散介質(zhì)：土壤溶液和土壤空氣分散相：土壤固相顆粒土壤膠體：土壤膠體：是指土壤中顆粒直徑小于1微米或小于2微米，具有膠體性質(zhì)的微粒。二、土壤膠體的構造二、土壤膠體的構造膠體微粒構造示意圖膠體微粒構造示意圖1、膠核：膠核由許多分子或其他微粒聚集而成。2

2、、雙電層（1）決定離子電位層：吸附在膠粒核表面，決定膠粒電荷正負及大小的離子層，或稱雙電層外層。（2）補償離子層：決定電位離子層產(chǎn)生的靜電力吸附粒間溶液中帶相反電荷的離子，形成補償離子層，又稱雙電層外層。又分為擴散層和非活性離子補償層。 膠體微粒膠體微粒 膠粒膠粒 膠核膠核 雙電層雙電層 決定電位離子層（內(nèi)）決定電位離子層（內(nèi)） 補償離子層（外）補償離子層（外） 非活性離子層非活性離子層擴散層擴散層 （一）膠體具有巨大的比面和表面能（一）膠體具有巨大的比面和表面能單位質(zhì)量或體積物體的總表面積稱為比面三、土壤膠體的基本特性三、土壤膠體的基本特性（比面=總面積/質(zhì)量） 可見，土粒愈細小，總表面積愈

3、大，比面愈大。 土壤中顆粒其實是多種多樣的，多為片狀、棒狀、針狀。實際上膠體的表面積比光滑的球體的大得多。7表面能：界面上的物質(zhì)分子(表面分子)所具有的多余的不飽和能量。 顆粒愈細，比面愈大，表面能也愈強。因而顆粒微細的土壤膠體具有巨大的表面能，使其具有很強的表面活性。 作用：能吸附各種重金屬等污染元素，有較大的緩沖能力，保持土壤元素，忍受酸堿變化，減輕某些毒性物質(zhì)的危害。 因此，土壤膠體的帶電性對土壤肥力性質(zhì)以及污染元素、有機污染物等在土壤溶液中的聚集、遷轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化等有重要影響。 （二）膠體土壤膠體的帶電性（二）膠體土壤膠體的帶電性 由于膠體表面的分子解離或吸附溶液中的離子,使膠粒帶電. 土壤

4、中所有膠粒都是帶電的（一般為負電荷），這是土壤產(chǎn)生離子吸附和交換、離子擴散、酸堿平衡、氧化還原反應以及膠體的分散與絮凝等現(xiàn)象的根本原因，而這些反應都直接或間接關系到土壤的水、肥、氣、熱性質(zhì)。 土壤表面電荷數(shù)量決定土壤所能吸附的離子數(shù)量，土壤膠體表面電荷密度，則影響著離子的吸附強度。10土壤電荷的來源：土壤電荷的來源：（1）同晶置換（2）礦物晶格斷鍵（3）表面分子的解離土壤的電荷數(shù)量土壤的電荷數(shù)量 土壤電荷的數(shù)量一般用每千克物質(zhì)吸附離子的厘摩爾數(shù)表示。 土壤的正電荷和負電荷的代數(shù)和就是土壤的凈電荷。一般土壤的負電荷多于正電荷，所以土壤一般帶負電荷。 溶膠溶膠土壤膠體微粒均勻地分散在水中，呈高度分

5、散的溶膠 凝膠凝膠膠體微粒彼此凝集在一起呈絮狀的凝膠膠體的凝聚膠體的凝聚膠體的分散膠體的分散（三）土壤膠體的凝聚性和分散性影響因素影響因素 ：主要因素是膠體的動電電位土壤溶液膠粒膠粒膠粒膠粒-靜電斥力靜電斥力分子引力分子引力陽離子對膠體的凝聚力：對膠體的凝聚力：Fe3+ Al3+ H+Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+ 通常土壤膠體是帶負電荷的，土壤膠體之間帶有負的電動電位，是相互排斥的，這種負電動電位越高，排斥力越強，越能成為穩(wěn)定的溶膠。 當加入一些多價離子的時候，土壤膠體之間分子引力大于靜電排斥力，膠體就會相互凝聚形成凝膠。三、土壤膠體的類型三、土壤膠體的類型（一）有機膠體（一）有

6、機膠體 土壤中的有機物質(zhì)，主要是腐殖質(zhì)；土壤有機膠體腐殖質(zhì) 特點特點 a.a.保肥性強保肥性強 b.帶有大量的負電荷帶有大量的負電荷 C.具有高度的親水性具有高度的親水性（二）無機膠體（二）無機膠體 無機膠體包括：次生鋁硅酸鹽礦物和含水氧化物。含水氧化鋁含水氧化鐵含水氧化硅水鋁英石次生鋁硅酸鹽類（即粘土礦物）無機膠體含水氧化物（三）有機（三）有機無機復合膠體無機復合膠體 土壤中的礦質(zhì)膠體和有機膠體很少單獨存在，大多相互結合成為有機無機復合膠體。這是因為土壤腐殖質(zhì)存在的活潑官能團，在粘土礦物的表面也存在著許多活潑的原子團或化學鍵，他們之間必然產(chǎn)生物理、化學或物理化學作用，因而會結合形成不同的有機

7、無機復合膠體。有機無機復合膠體的結合方式比較復雜，主要的結合方式有下列三種：（1）通過鈣離子結合 通過Ca2+ 結合的有機無機復合膠體與水穩(wěn)性結構形成有關，對土壤肥力起著重要作用。（2）有機膠體通過鋁鐵膠體結合 胡敏酸與鐵鋁結合有二種方式，與Fe3+、Al3+結合，形成鐵或鋁胡敏酸化合物；也可與膠態(tài)鐵鋁結合形成鐵、鋁胡敏酸凝膠。19（3）有機膠體與無機膠體的直接結合二、土壤的交換吸附性能二、土壤的交換吸附性能一）陽離子交換吸附作用的特點一）陽離子交換吸附作用的特點二）土壤陽離子交換量二）土壤陽離子交換量 三）影響陽離子交換作用的因素三）影響陽離子交換作用的因素四）土壤鹽基飽和度四）土壤鹽基飽和

8、度 五）交換性陽離子的活度及其影響因素五）交換性陽離子的活度及其影響因素 一、土壤的離子交換一、土壤的離子交換土壤膠體的交換作用土壤膠體的交換作用是是指土壤膠體微粒擴散指土壤膠體微粒擴散層中的離子與土壤溶液或不同膠粒中電荷符號層中的離子與土壤溶液或不同膠粒中電荷符號相同的離子相互交換過程。相同的離子相互交換過程。 土壤的離子交換作用是由土壤的離子交換作用是由土壤膠體土壤膠體引起的。引起的。分為分為陽離子交換作用陽離子交換作用和和陰離子交換作用陰離子交換作用兩種兩種。（一）土壤中陽離子交換作用（一）土壤中陽離子交換作用 陽離子交換作用陽離子交換作用指土壤膠體表面所吸附的指土壤膠體表面所吸附的陽離

9、子與土壤溶液中或不同膠粒上的陽離子相陽離子與土壤溶液中或不同膠粒上的陽離子相互交換的過程?；ソ粨Q的過程。 當土壤溶液中陽離子吸附在膠體上時，表示陽離子養(yǎng)當土壤溶液中陽離子吸附在膠體上時，表示陽離子養(yǎng)分的暫時保蓄，即分的暫時保蓄，即保肥保肥過程；當膠體上的陽離子解離至土過程；當膠體上的陽離子解離至土壤溶液中時，表示養(yǎng)分的釋放，即壤溶液中時，表示養(yǎng)分的釋放，即供肥供肥過程。過程。a. 可逆反應，迅速平衡 ；1.土壤陽離子交換作用的特點b. 按等量關系進行，等價交換；c. 交換反應的速度受交換點的位置和溫度的影響；陽離子交換反映是一個動態(tài)的平衡，這對植物營養(yǎng)的供應有重要的意義。當植物從土壤溶液中吸收

10、了陽離子后，膠體上的交換性陽離子會迅速補給到土壤溶液中。a. 可逆反應，迅速平衡可逆反應，迅速平衡 b. 陽離子交換按等量關系進行，等價交換陽離子交換按等量關系進行，等價交換c. 交換反應的速度受交換點的位置和溫度的影響；位置：位置：如果溶液中的離子能直接與膠粒表面代換性離子接觸，交換速度就快；如離子要擴散到膠粒內(nèi)層才進行交換，則交換時間就較長，有的需要幾晝夜才能達成平衡。溫度：溫度：高溫可加快離子交換反應的速率，因為溫度升高，離子的熱運動變得更為劇烈，致使單位時間內(nèi)碰撞固相表面的次數(shù)增多。2.影響陽離子交換作用的因素（1）陽離子交換能力 （2）陽離子的相對濃度及交換生成物的性質(zhì)（3）膠體性質(zhì)

11、c.c.離子運動速度越大，交換力越強離子運動速度越大，交換力越強 凡運動速度快的其交換能力也大。H半徑小，但水化很弱，水膜薄，運動速度快，因此它在交換能力上具有特殊位置。 a. a.離子電荷數(shù)量離子電荷數(shù)量三價二價一價b. b.離子的半徑和水化程度離子的半徑和水化程度 同價離子，離子半徑越大，水化程度越弱，則水化半徑越小，其代換能力越強，如K+ Na+ 。（1 1）陽離子交換能力）陽離子交換能力 有利于向生成物方向進行的條件：（2 2） 陽離子的相對濃度及交換生成物的性質(zhì)陽離子的相對濃度及交換生成物的性質(zhì) （3）膠體的性質(zhì)）膠體的性質(zhì) 一般情況下，交換量大的膠體結合兩價離子能力強，結合一價離子

12、的能力稍弱；反之，交換量小的膠體結合一價離子能力強，與兩價離子的結合能力較弱，即一價離子可將兩價離子交換下來。土壤中常見的離子交換能力排列順序是： Fe3Al3HCa2Mg2KNH4Na凡運動速度快的其交換能力也大。H半徑小，但水化很弱，水膜薄，運動速度快，因此它在交換能力上具有特殊位置。 (1)(1)土壤的陽離子交換量土壤的陽離子交換量 ，在一定土壤pH值條件下，土壤能吸附的交換性陽離子的總量。通常以每千克土壤所能吸附的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)（ Cation Exchange Capacity， CEC）。 單位：單位：cmolcmol（+ +）kgkg-1 -1 。3.3.土壤的陽離子

13、交換量和鹽基飽和度土壤的陽離子交換量和鹽基飽和度不同質(zhì)地土壤的陽離子交換量 （2 2）影響土壤交換量的因素：）影響土壤交換量的因素： a. a. 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 b. 腐殖質(zhì)含量腐殖質(zhì)膠體陽離子交換量遠大于礦質(zhì)膠體。c. 膠體種類 有機膠體交換量最大；礦質(zhì)膠體中交換量大小是：蒙脫石伊利石高嶺石。d. 土壤酸堿反應 一般來說，隨土壤堿度增加(pH值增高)解離度增高，帶電量多；反之，隨土壤酸度增加(pH值降低)解離度降低，帶電量減少。 （3 3）鹽基飽和度）鹽基飽和度 鹽基飽和度是指土壤吸附的交換性鹽基離子占交換性陽離子總量的百分數(shù)。 鹽基飽和度的大小常與雨量、母質(zhì)、植被等自然條件有密切關系。一

14、般干旱地區(qū)的土壤鹽基飽和度大，多雨地區(qū)則小。（4 4）交換性陽離子的活度及其影響因素）交換性陽離子的活度及其影響因素交換性陽離子活度是指實際能解離出來的交換性離子數(shù)量。 影響因素：交換性離子的飽和度；賠補離子的種類；無機膠體的種類；離子半徑大小與晶格孔穴大小的關系；二、土壤陰離子交換作用二、土壤陰離子交換作用 陰離子交換作用是指被膠粒表面正電荷吸附的陰離子與溶液或不同膠粒上陰離子交換的過程。 陰離子交換吸收作用有些是可逆的，受質(zhì)量作用定律的支配，但多數(shù)情況下陰離子交換吸收與化學固定是同時發(fā)生的，被吸收的陰離子轉(zhuǎn)化為難溶性化合物被固定在土壤中。2 2、影響土壤陰離子吸附能力的因素、影響土壤陰離子

15、吸附能力的因素膠體種類和本身價位膠體種類和本身價位 高齡石易帶正電的粘土礦物易吸附陰離子，價位越高吸附力越強。pHpH值和土壤溶液離子濃度值和土壤溶液離子濃度 pH值越高，負電荷增大，吸附力減?。浑x子濃度增高，吸附力增大三、三、離子交換對土壤肥力的影響離子交換對土壤肥力的影響土壤離子交換對土壤養(yǎng)分狀況的影響土壤離子交換對土壤養(yǎng)分狀況的影響影響土壤的保肥性；膠體的吸附避免肥料被沖走流失或濃度過高影響土壤的供肥能力；土壤膠體吸收保存了大量養(yǎng)分又不斷釋放到土壤溶液中，才保證了植物在整個生長期內(nèi)對養(yǎng)分的需求。影響土壤的酸堿性影響土壤的酸堿性土壤酸堿性與土壤的鹽基飽和程度有關，一般鹽基不飽和的土壤呈酸性反應，而鹽基飽和的土壤則呈中性或堿性。影響土壤的緩沖性影響土壤的緩沖性土壤膠體上吸附了大量的交換性陽離子，對進入土壤的少量酸性或堿性物質(zhì)起緩沖作用，不致使土壤pH有劇烈的變化。影響土壤的物理性質(zhì)影響土壤的物理性質(zhì)土壤膠體的聚散特性受土壤膠體上的陽離子組成影響很大，膠體的聚散特性則直接關聯(lián)著土壤的結構性，而結構性是體現(xiàn)土壤物理性質(zhì)的重要方面。四、土壤的其他吸收作用 根據(jù)吸附方式可以分為：l 土壤機械吸收作用：過濾作用l 土壤物理吸收作用：膠體表面能吸附作用l 土壤化學吸收作用：化學反應沉淀過程l 土壤生物吸收作用：有機體對養(yǎng)分選擇性吸收，以有機質(zhì)形式積累根據(jù)產(chǎn)生機理可以分為：